Il team KAUST ha utilizzato la ricerca evolutiva all'avanguardia e i calcoli dei primi principi per prevedere la struttura di B 2 P 6 . Attestazione:KAUST
La ricerca evolutiva ha aiutato gli scienziati a prevedere la struttura energetica più bassa di un materiale bidimensionale (2-D), B 2 P 6 , con alcune caratteristiche notevoli, compresa l'anisotropia strutturale e la geometria di Giano.
I materiali Janus, che prendono il nome dal dio greco bifronte della dualità, hanno due superfici con proprietà fisiche distinte. Come tale, offrono vantaggi unici, come l'elevata efficienza solare-idrogeno.
I materiali anisotropi mostrano proprietà diverse se misurati lungo direzioni diverse. Nel caso di B 2 P 6 , la diffusione ionica è fortemente anisotropa, una caratteristica che può essere potenzialmente utile in soluzioni di accumulo di energia a prezzi accessibili, come le batterie agli ioni di metallo.
A differenza degli antecedenti, come il grafene, un altro materiale 2-D, questo nuovo materiale ha un band gap ampiamente sintonizzabile che lo rende un candidato migliore per l'uso in dispositivi elettronici.
Udo Schwingenschlögl, un professore di fisica applicata alla KAUST, e Minglei Sole, un postdottorato, ha eseguito una ricerca dettagliata per la struttura cristallina 2-D più stabile di composti binari comprendenti atomi di boro e fosforo fino a quando non sono arrivati a B 2 P 6 .
"Abbiamo usato la ricerca evolutiva all'avanguardia e i calcoli dei primi principi per prevedere questa struttura, "dice Sole.
Sulla base dell'evoluzione biologica, la ricerca evolutiva è un metodo computazionale mediante il quale gli scienziati possono cercare una struttura cristallina all'interno di migliaia di candidati. Usando questa struttura come input nei calcoli dei primi principi, possono quindi determinare le proprietà fisiche secondo i principi della teoria quantistica.
"Le straordinarie caratteristiche fornite dall'anisotropia e dalla geometria di Giano ci hanno ispirato alla ricerca di un materiale 2-D che combinasse questi pregi, " spiega Sun. Questa combinazione consente nuove proprietà, e a sua volta, applicazioni più ampie.
Nella ricerca preliminare, B 2 P 6 ha mostrato ottime promesse nel campo dell'elettronica e per l'applicazione nella conversione e accumulo di energia.
Il nuovo materiale dimostra un forte assorbimento della luce, rendendolo potenzialmente utile nella produzione di carburante pulito dalla scissione dell'acqua fotocatalitica, un processo che utilizza la luce naturale o artificiale per produrre idrogeno dall'acqua. È più efficiente dei fotocatalizzatori tradizionali, principalmente a causa del basso tasso di ricombinazione dei vettori fotogenerati.
"Per B 2 P 6 , la ricombinazione dei portatori fotogenerati è significativamente soppressa dal campo elettrico intrinseco indotto dalla sua struttura di Janus, " spiega Sun. "Ciò significa che più vettori fotogenerati prenderanno parte alle reazioni redox per la scissione dell'acqua. L'efficienza dell'utilizzo del vettore raggiunge il 45,1 percento".
Prossimo, i ricercatori hanno in programma di "prevedere materiali Janus 2-D più anisotropi con proprietà straordinarie e fornire linee guida sperimentali per i colleghi, " dice Schwingenschlögl.
